День и ночь работали над подкопом под тайник, наконец подкопались под мост, куда ходят за водою; сам князь Серебряный с товарищами вошел в подкоп и, услыхав над собою голоса людей, едущих с водою, дал знать государю; царь велел поставить под тайник 11 бочек пороху, и 4 сентября тайник взлетел на воздух вместе с казанцами, шедшими за водой, поднялась на воздух часть стены, и множество казанцев в городе было побито камнями и бревнами, падавшими с огромной высоты; русские воспользовались этим, ворвались в город и много перебили и попленили татар. Только после этого несчастия осажденными овладело уныние; обнаружилось разногласие: одни хотели бить челом государю, но другие не соглашались, начали искать воды, нашли один смрадный поток и довольствовались им до самого взятия города, хотя от гнилой воды заболевали, пухли и умирали.
6 сентября с большим кровопролитием взят был острог, построенный казанцами в пятнадцати верстах от города, на Арском поле, на горе между болотами. Взявши острог, воеводы пошли к Арскому городищу, воюя и пожигая села; от Арского городища возвратились другою дорогою к Казани, повоевали Арскую сторону всю, многих людей побили, жен и детей в плен взяли, а христиан многих из плена освободили; воевали они на сто пятьдесят верст поперек, а в длину до самой Камы; выжгли села, множество скота пригнали к Казани в полки.
Между тем осадные работы продолжались: дьяк Иван Выродков поставил против Царевых ворот башню в шесть саженей вышиною; внесли на нее много наряду, пищали полуторные и затинные; стрельцы начали стрелять с башни в город и побивали много народу. Осажденные укрывались в ямах, копали рвы под городскими воротами, под стенами и рыли норы под тарасами: у всяких ворот за рвами были у них большие тарасы, насыпанные землею; выползая из нор, как змеи, бились они беспрестанно, день и ночь, с осаждающими, особенно жестоко бились они, не давая придвигать тур ко рву. Несмотря на то, князь Михайла Воротынский успел придвинуть туры к самому рву, против Арской башни и Царевых ворот, так что между городскими стенами и русскими турами оставался один ров в три сажени шириною и в семь глубиною.
Придвинув туры ко рву, осаждающие разошлись обедать, оставив немногих людей подле укреплений; увидавши эту оплошность, казанцы вылезли изо всех нор, из-за тарасов и внезапно напали на туры; защитники их дрогнули и побежали; но воеводы успели выстроить полки и ударили на казанцев, которые были сбиты во рвы; русские били их и тут, но они норами убегали в город. Дело было кровопролитное, и хотя туры были спасены, но это спасение дорого стоило осаждающим, потерявшим много убитыми и ранеными; сам князь Воротынский получил несколько ран и спасся только благодаря крепости своего доспеха. В то время как ожесточенный бой кипел против Арской башни, ногаи и казанцы сделали вылазку из Збойлевых ворот на туры передового полка и ертоула; здесь воеводы были готовы, подпустили неприятеля к турам, ударили на него со всех сторон и поразили безо всякого для себя урона.
Видя, что русский огонь не причиняет большого вреда осажденным, скрывающимся за тарасами, царь велел подкопать эти тарасы и, как взорвет их, придвинуть туры к самым воротам, Арским и Царевым. 30 сентября тарасы взлетели на воздух с людьми; бревна побили множество народа в городе, остальные обеспамятели от ужаса и долго оставались в бездействии; стрелы перестали летать из Казани. Пользуясь этим временем, воеводы утвердили туры подле ворот Царевых, Арских и Аталыковых.
Наконец казанцы опомнились, выскочили изо всех ворот и с ожесточением напали на русских. В это время Иоанн сам показался у города; увидав его, русские с новым рвением ударили на неприятеля, схватились с ним в воротах, на мостах, у стен, бились копьями и саблями, схватывались за руки; дым от пушечной и пищальной пальбы покрыл город и сражающихся; наконец осаждающие одолели, взобрались на стены, заняли Арскую башню, втеснились в самый город; князь Михайла Воротынский послал сказать Иоанну, что надобно пользоваться удачею и вести общий приступ; но остальные полки не были приготовлены к этому дню, и по царскому указанию воинов вывели насильно из города. Стены, ворота и мосты были зажжены, в Арской башне утвердились русские люди; мосты и стена горели целую ночь, из стены сыпалась земля; русские воеводы велели своим ратникам на занятых местах заставиться крепкими щитами, а туры засыпать землею; татары также работали: ставили срубы против пробитых мест и насыпали землею.